土壤二氧化碳通量原位測定裝置的製作方法

2023-09-17 10:01:15 1

專利名稱：土壤二氧化碳通量原位測定裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及二氧化碳通量測定裝置，特別涉及土壤二氧化碳通量原位測 定裝置。
背景技術：
土壤二氧化碳通量是陸地碳循環的主要組成(文獻1: Raich， .I.W.; Schlesinger, W. S. 1992. The global carbon dioxide flux in soil respirat ton and its relationship to vegetation and climate. 7fe77w. 44D:81-99; 文 獻2.:陳泮勤，黃耀，於貴瑞等，2004.地球系統碳循環，北京科學出版社， 12;文獻3:周存宇等，2004，鼎湖山森林地表C02通量及其影響因子的研究， 中國科學D輯地球科學，34 (增)175-182)它對地球氣候變化的貢獻和影 響之大，已經受到全世界人們的關注和重視。準確地進行陸地生態系統的碳核算， 必須對土壤二氧化碳通量做精確測量(文獻4:孫向陽，1999，森林土壤和大氣 間的溫室效應氣體交換，世界林業研究，12 (2): 38-43;文獻5:張萬儒，許 本彤，1984.森林土壤定位研究方法，北京中國林業出版社，66-76)。上壤二氧化碳通量類似土壤呼吸，但是不同於土壤呼吸土壤呼吸是指上壤由於土壤微生物、動物和植物根系新陳代謝放出二氧化碳，吸入氧氣的過程，而 土壤二氧化碳通量不限於土壤呼吸，還包含土壤有機質分解、碳酸鹽的礦化和沉積所釋放或吸入二氧化碳的量值。影響土壤二氧化碳通量大小的因素比較多除 了來源於土壤微生物和動物活動、植物根系新陳代謝及碳酸鹽變化、有機質礦質 化以外，同時受到土壤溫度、溼度、土壤孔隙度、土壤結構、土壤質地等土壤物 理、化學和生物性質以及人類利用方式等環境條件的影響，因此，上壤二氧化碳 通量是土壤與大氣界面以土壤為對象，放出或者進入土壤的二氧化碳氣體的綜合 數量化指標。土壤二氧化碳通量的測定可用於農業土壤、草原土壤、森林七壤、 荒漠土、凍原土等陸地生態系統碳通量測定，這個指標對於陸地生態系統的碳收 支核算，對於人類認識和控制全球變化具有現實和深遠的意義。 H前，有關土壤二氧化碳通量測定的方法有以下幾種1. 微氣象學測定是建立在氣象學基礎上的微型化氣象測定方法，是根據氣 溫、地溫、風向、風速、太陽輻射、降雨量等氣象因子來推算土壤二氧化碳通量， 顯然是一種間接的方法，不適用於準確測定土壤中釋放或吸收二氧化碳的通量。2. 箱法測定包括靜態和動態兩種方法，箱子有透明和不透明之分，靜態箱 法即用密封的箱子收集土壤或植物呼吸所釋放的二氧化碳，再用注射器採集氣體 樣品，拿回到實驗室上氣相色譜測定二氧化碳的濃度，進而推算土壤呼吸強度。 該方法的優點是結果穩定，重現性良好，缺點是需要配備價格昂貴、保養困難、 專業操作的氣相色譜，同時不直接，需要將樣品從野外拿到實驗室分析不方便。3. 室內培養法是一種化學方法，是將採集的土壤樣品和盛有氫氧化鈉的盤 一同放入一個密閉的容器裡，在實驗室內培養，氫氧化鈉吸收土壤釋放的二氧化 碳，用稀酸中和過量的氫氧化鈉，然後求出培養期間土壤釋放的二氧化碳的量。 這種方法的優點是簡單、易行，不需要大型精密的儀器設備，缺點是不能反映土 壤原來的狀況，儘管在內部結構上有所改進(專利文獻CN1525166A, CN2605571Y)，還是不便於野外觀測和使用。發明內容本實用新型的目的是提供一種適於在自然狀況下原位測定土壤二氧化碳通 量的土壤二氧化碳通量原位測定裝置。本實用新型的上述目的是這樣實現的， 一種土壤二氧化碳通量原位測定裝 置，包括預先固定在待測定土壤表層二氧化碳通量的地面上的底圈； 測量時密封安裝在所述底圈上的開口測量容器； 連接所述開口測量容器的二氧化碳分析儀；以及在測量容器內初始二氧化碳濃度值X,後密封所述開口測量容器開口的蓋子。 其中，所述二氧化碳分析儀是利用紅外線測定土壤的二氧化碳濃度值的便攜 式紅外線分析儀。其中，所述開口測量容器設有進氣管頭和排氣管頭。其中，所述進氣管頭連接進氣管的一端，以及所述排氣管頭連接排氣管的一+山頓。
其中，所述排氣管的另一端連接所述二氧化碳分析儀的測量埠，以及所述 進氣管的另一端連接所述二氧化碳分析儀的氣泵出口 。 其中，所述底圈的兩端開口，其一端插入地表層下。其中，蓋子內置有風扇，用於強迫容器內氣體循環，以便容器內的二氧化碳 濃度均勻分布。其中，所述蓋子通過帶密封條的絲口密封連接所述開口測量容器。其中，所述密封條是橡膠墊片。其中，土壤二氧化碳通量F(mg .tn:.h-')為:F二KX (X廠X;) XH / T其中，H(m)為高度；T(h)為測量持續時間， 一般為3-5分鐘；X,為二氧化碳 初始濃度值；X2實際測量的濃度值；k為換算係數， 一般為1.80。本實用新型的原理是利用一個密閉的可以移動的箱體，蓋在所選樣地上，根據紅外線對二氧化碳氣體特殊吸收的物理性質，定時測定土壤放出或吸收二氧 化碳的量值。在提前放置好的一定面積的底圈上(剪去圈內植物)，蓋上帶具有一定體積大小的、具有連接管的密封蓋子，連接管通向C02紅外線測定儀形成-個閉合迴路，定時測量箱體內的C02濃度變化，即可得到單位面積內土壤的:氧化碳通量值。因此與現有技術相比，本實用新型除了具有簡單、易操作、省時、花費小的優點外，還具有以下優點1. 在野外測定，而且不幹擾土壤結構和狀況，是一種自然狀況下的原位測定， 測定更實際、及時。2. 可以多地點、多樣地、重複測定，利用時間和空間位置的變異，移動箱體和儀器，達到多點測定的目的。3. 測定數據可靠、直接、快速紅外線測定二氧化碳氣體的濃度是國家規定的測定公共場所空氣中二氧化碳濃度的標準測定方法(GB/T18204. 24-2000)， 是具有仲裁效力的方法，本實用新型將其移植到土壤二氧化碳通量的原位測定， 理論依據可靠。由於是原位測定，使得測定結果更直接和快速。4. 適用範圍廣可以使用本實用新型的測定方法和裝置，進行各種土壤類型 的測定，無論高山、平地，只要有手掌大小的平地，就可以進行土壤二氧化碳通
量的測定。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明。

圖1是顯示本實用新型的土壤二氧化碳通量原位測定裝置的結構的示意圖； 圖2是顯示本實用新型的土壤二氧化碳通量原位測定裝置的測量容器部分 內部結構的剖面圖。
具體實施方式
參見圖1和圖2， 一般來說，本實用新型的土壤二氧化碳通量原位測定裝置 包括預先固定在待測定土壤表層二氧化碳通量的地面上的底圈3; 測量時密封安裝在所述底圈3上的開口測量容器6; 連接所述開口測量容器6的二氧化碳分析儀1;以及在測量容器6內初始二氧化碳濃度值X,後密封所述開口測量容器6開口的 蓋子7。本實用新型的一個重要方面是，利用測量空氣的二氧化碳濃度的可攜式紅外 線分析儀充當測定土壤的二氧化碳濃度值的二氧化碳分析儀1。 其中，所述開口測量容器6設有進氣管頭5和排氣管頭10。 其中，所述進氣管頭5連接進氣管2的一端，以及所述排氣管頭10連接排氣管8的一端。其中，所述排氣管8的另一端連接所述二氧化碳分析儀1的測量埠，所述 進氣管2的另一端連接所述二氧化碳分析儀1的氣泵出口 。其中，所述底圈3的兩端開口，其一端插入地表層下。其中，所述蓋子7上設有風扇，用於強迫容器內氣體循環，以便容器內的二 氧化碳濃度均勻分布。其中，所述蓋子7通過帶密封條的絲口密封連接所述開口測量容器6。其中，所述密封條是橡膠墊片。其中，本實用新型可以通過下式確定土壤二氧化碳通量F(mg .nT.h—'):F=KX (X2-X,) XH / T其中，H(m)為高度；T(h)為測量持續時間， 一般為3-5分鐘；X,為二氧化碳 初始濃度值；X2實際測量的濃度值；k為換算係數， 一般為1.80。在一個具體的實例中，參見圖1和圖2，本實用新型的土壤二氧化碳通量測 定裝置由儀器部分和測量容器部分組成。儀器部分是可攜式紅外線分析儀l。本實用新型的一個重要方面是，利用紅 外線對二氧化碳氣體特殊吸收的物理性質來測定土壤的二氧化碳濃度。測量容器部分包括底圈3，它是土壤和箱體連接的媒介體，需要提前固定到待測量土壤表層；開口測量容器(或大蓋)6，設有進氣管頭5和排氣管頭10，在測量時密封 安裝在底圈3上，以便和底圈3 —同限定測量體積；蓋子(或小蓋)7，內置微型風扇9，該微型風扇9通過外置電池4供電， 蓋子7通過絲口 (帶橡膠墊片)密封連接開口測量容器6。開口測量容器6的進氣管頭5和排氣管頭10分別通過進氣膠管2和排氣膠 管8連接可攜式紅外線分析儀1。實施土壤二氧化碳通量原位測定方法基於圖1和圖2所示的測量裝置，實現 土壤二氧化碳通量原位測定方法，包括以下步驟a、 在待測定土壤表層二氧化碳通量的地面上預先固定底圈(3)，以確定被 測區域；b、 在所述底圈3上密封安裝開口測量容器6;c、 用連接開口測量容器6的所述二氧化碳分析儀1測量所述開口測量容器 6內的二氧化碳濃度，以得到二氧化碳初始濃度值(X丄d、 密封所述開口測量容器6開口，使其與底圈(3)形成封閉測量空間，以 採集土壤在--個持續時間釋放的二氧化碳濃度；以及e、 用所述二氧化碳分析儀1測量土壤在所述持續時間釋放的二氧化碳濃度, 以得到實際測定的二氧化碳濃度值(X》。在所述步驟c和e中，所述二氧化碳分析儀1利用紅外線測定上壤的::.氧化 碳濃度值。所述的步驟a還包括去除底圈3內的活植物體，以避免幹擾所測定範圍。7
在所述步驟b中，所述開口測量容器6在密封安裝在所述底圈3以前，己經用進氣管2和排氣 管8連接所述二氧化碳分析儀1;或者所述開口測量容器6在密封安裝在所述底圈3後，用進氣管2和排氣管8 連接所述二氧化碳分析儀l。在所述步驟d中，用帶有風扇的蓋子7密封所述開口測量容器6的開口，利 用風扇對容器內氣體的強迫循環，使容器內的二氧化碳濃度均勻分布。其中，所述持續時間為3-5分鐘。本實用新型的土壤二氧化碳通量F(mg . m—2. h—》可以通過下式算出 F=KX (X2-X,) XH / T其中，H(m)為高度，T(h)為測量持續時間；X,為二氧化碳初始濃度值；l實 際測量的濃度值；k為換算係數，通常為1. S0(25。C， 1個標準大氣壓)。下面描述本實用新型的土壤二氧化碳通量原位測定的一個具體過程預先(比如提前2小時)把底圈3固定到計劃測定土壤表層二氧化碳通量的 地面上，並儘可能避免幹擾所測定範圍，去除底圈內的活植物體。底圈3的個數 根據需要而定。測量時，首先用乳膠管將儀器l和開口測量容器(或大蓋)6按 照進氣和出氣方向對應連接起來，把開口測量容器6蓋到底圈3上，用一次性膠 帶密封起來，這時，打開儀器l的泵開關，二氧化碳初始濃度值(X,)即在顯示 器上讀出來；然後，儘快將裝有微型風扇和電池的蓋子(小蓋)7擰到開口測量 容器(大蓋)6上。立即記錄時間，持續3-5分鐘時，打開儀器l氣泵開關，在 顯示器上所讀數值即為該時間二氧化碳的即時濃度值(X2),此時，第一個樣點的 土壤表層二氧化碳通量測量完畢，可以逆組裝順序依次卸下小圈、大圈，移向下 一個樣點進行測定。一般一臺可攜式紅外線分析儀可以在3-4小時內測量20—50個樣點。
權利要求1、一種土壤二氧化碳通量原位測定裝置，其特徵在於包括預先固定在待測定土壤表層二氧化碳通量的地面上的底圈(3)；測量時密封安裝在所述底圈(3)上的開口測量容器(6)；連接所述開口測量容器(6)的二氧化碳分析儀(1)；以及在測量容器(6)內初始二氧化碳濃度值X1後密封所述開口測量容器(6)開口的蓋子(7)。
2、 根據權利要求1所述的測定裝置，其特徵在於，所述二氧化碳分析儀(1)利用紅外線測定土壤的二氧化碳濃度值的可攜式紅外線分析儀。
3、 根據權利要求l所述的測定裝置，其特徵在於，所述開口測量容器(6) 設有進氣管頭(5)和排氣管頭(10)。
4、 根據權利要求3所述的測定裝置，其特徵在於，所述進氣管頭(5)連接 進氣管(2)的一端，和所述排氣管頭(10)連接排氣管(8)的一端。
5、 根據權利要求4所述的測定裝置，其特徵在於，所述排氣管(8)的另一 端連接所述二氧化碳分析儀(1)的測量埠，所述進氣管(2)的另一端連接所 述二氧化碳分析儀(1)的氣泵出口。
6、 根據權利要求l所述的測定裝置，其特徵在於，所述底圈(3)的兩端開 口，其一端插入地表層下。
7、 根據權利要求1所述的測定裝置，其特徵在於，蓋子(7)上設有風扇。
8、 根據權利要求l所述的測定裝置，其特徵在於，所述蓋子(7)通過帶密 封條的絲口密封連接所述開口測量容器(6)。
9、 根據權利要求8所述的測定裝置，其特徵在於，所述密封條是橡膠墊片。
10、 根據權利要求1所述的測定裝置，其特徵在於，土壤二氧化碳通量 F(mg . m2.1V')為F=KX (X2-X,) XH / T其中，H(m)為高度；T(h)為測量持續時間， 一般為3-5分鐘；X,為二氧化碳 初始濃度值；&實際測量的濃度值；k為換算係數， 一般為1.80。
專利摘要本實用新型是一種土壤二氧化碳通量原位測定裝置，包括預先固定在待測定土壤表層二氧化碳通量的地面上的底圈；測量時密封安裝在所述底圈上的開口測量容器；連接所述開口測量容器的二氧化碳分析儀；以及在測量容器內初始二氧化碳濃度值X1後密封所述開口測量容器開口的蓋子。本實用新型具有測量簡單、易操作、省時、花費小等的優點。
文檔編號G01N21/17GK201016922SQ200620167660
公開日2008年2月6日 申請日期2006年12月27日 優先權日2006年12月27日
發明者孫向陽, 高程達 申請人:北京林業大學